W poprzednich artykułach dokładnie przeanalizowaliśmy energia kinetyczna i wszystko z tym związane. W takim przypadku kontynuujemy szkolenie i kontynuujemy naukę energia mechaniczna. Ten rodzaj energii jest wytwarzany przez pracę ciała. Może być przenoszony między innymi ciałami. Można powiedzieć, że jest to suma energii kinetycznej wytwarzanej przez ruch ciał, z potencjalną energią sprężystą i / lub grawitacyjną. Ta energia jest wytwarzana poprzez interakcję ciał w stosunku do pozycji, jaką każdy z nich zajmuje.
W tym poście dowiesz się wszystkiego, co wiąże się z energią mechaniczną, od tego, jak ona działa, po sposób jej obliczania i jej użyteczności. Chcesz się o tym dowiedzieć? Czytaj dalej 🙂
Wyjaśnienie energii mechanicznej
Aby ułatwić zrozumienie, weźmy przykład. Pomyślmy o przedmiocie rzuconym z pewnej odległości od ziemi. Ten obiekt będzie nosił poprzednią energię kinetyczną, ponieważ się porusza. W miarę postępów uzyskuje prędkość i potencjalną energię grawitacyjną, gdy jest podniesiony nad poziom gruntu. Jako przykład weźmy rzucanie piłką.
Biorąc pod uwagę, że nasze ramię wywiera pracę na piłkę, przekazuje do niej energię kinetyczną, aby mogła się poruszać. W tym przykładzie rozważymy znikoma siła tarcia z powietrzem W przeciwnym razie bardzo utrudniłoby to obliczenia i nauczenie się tej koncepcji. Kiedy piłka została rzucona i znajduje się w powietrzu, przenosi energię kinetyczną, która napędza ją do ruchu, oraz grawitacyjną energię potencjalną, która przyciąga ją na ziemię, ponieważ jest uniesiona.
Należy zawsze pamiętać, że jesteśmy poddani sile grawitacji. Grawitacja ziemska popycha nas w kierunku ziemi przyspieszenie 9,8 metra na sekundę do kwadratu. Obie siły oddziałujące z piłką mają różną prędkość, przyspieszenie i kierunek. Dlatego energia mechaniczna jest wypadkową obu energii.
Jednostką miary energii mechanicznej według systemu międzynarodowego jest dżul.
Wzór
Dla fizyków obliczanie energii mechanicznej przekłada się na sumę energii kinetycznej i potencjału grawitacyjnego. Wyraża to wzór:
Em = EC + Ep
Gdzie Em to energia mechaniczna, Ec to kinetyka, a Ep to potencjał. W innym poście widzieliśmy wzór na energię kinetyczną. Kiedy mówimy o grawitacyjnej energii potencjalnej, mówimy o wyniku masy razy wysokość i grawitacja. Mnożenie tych jednostek pokazuje nam energię potencjalną obiektu.
Zasada zachowania energii
Nauczyciele zawsze podkreślali, że energia nie jest tworzona ani niszczona, ale przekształcana. To prowadzi nas do zasady zachowania energii.
Gdy energia mechaniczna pochodzi z izolowanego systemu (takiego, w którym nie ma tarcia) opartego na siłach zachowawczych (co oszczędza energię mechaniczną układu) jego wypadkowa pozostanie stała. W innej sytuacji energia ciała będzie stała, o ile zmiana zachodzi tylko w trybie energetycznym, a nie w jej wartości. To znaczy, jeśli energia jest przekształcana z kinetycznej na potencjalną lub mechaniczną.
Na przykład, jeśli rzucimy piłkę pionowo, będzie miała całą energię kinetyczną i potencjalną w momencie wznoszenia. Jednak gdy osiągnie najwyższy punkt, zatrzymując się bez przemieszczenia, będzie miał tylko grawitacyjną energię potencjalną. W tym przypadku energia jest oszczędzana, ale w trybie potencjalnym.
To odliczenie można wyrazić matematycznie równaniem:
Em = Ec + Ep = stała
Przykłady ćwiczeń
Aby lepiej nauczyć Cię tego typu energii, podamy kilka przykładów ćwiczeń i rozwiążemy je krok po kroku. W tych pytaniach zajmiemy się różnymi rodzajami energii, które widzieliśmy do tej pory.
- Zaznacz złą opcję:
- a) Energia kinetyczna to energia, którą posiada ciało, ponieważ jest w ruchu.
- b) Można powiedzieć, że grawitacyjna energia potencjalna to energia, którą posiada ciało, ponieważ znajduje się na określonej wysokości nad powierzchnią ziemi.
- c) Całkowita energia mechaniczna ciała jest powszechna, nawet przy pozorach tarcia.
- d) Całkowita energia wszechświata jest stała i może być przekształcana z jednej postaci w drugą; jednak nie można go stworzyć ani zniszczyć.
- e) Kiedy ciało ma energię kinetyczną, jest zdolne do pracy.
W tym przypadku zła opcja jest ostatnią. Praca nie jest wykonywana przez obiekt, który ma energię kinetycznąAle ciało, które dało ci tę energię. Wróćmy do przykładu z piłką. Wyrzucając go w powietrze, jesteśmy tymi, którzy wykonują pracę, aby dać mu energię kinetyczną do ruchu.
- Powiedzmy, że autobus o masie m jedzie górską drogą i zjeżdża o wysokość h. Kierowca autobusu ciągle hamuje, aby uniknąć zderzenia ze wzniesienia. Dzięki temu prędkość autobusu jest stała, nawet gdy autobus jedzie w dół. Biorąc pod uwagę te warunki, wskaż, czy jest to prawda, czy fałsz:
- Zmienność energii kinetycznej samochodu wynosi zero.
- Energia mechaniczna systemu autobus-ziemia jest zachowana, ponieważ prędkość autobusu jest stała.
- Całkowita energia systemu autobus-Ziemia jest zachowana, chociaż część energii mechanicznej jest przekształcana w energię wewnętrzną.
Odpowiedzią na to ćwiczenie jest V, F, V. Oznacza to, że pierwsza opcja jest prawdziwa. Jeśli przejdziemy do wzoru na energię kinetyczną, zobaczymy, że jeśli prędkość jest stała, energia kinetyczna pozostaje stała. Energia mechaniczna nie jest zachowywana, ponieważ potencjał grawitacyjny zmienia się podczas schodzenia z wysokości. To ostatnie jest prawdziwe, ponieważ energia wewnętrzna pojazdu rośnie, aby utrzymać ciało w ruchu.
Mam nadzieję, że dzięki tym przykładom możesz lepiej poznać energię mechaniczną i zdać egzaminy fizyczne, które tak wiele kosztują wiele osób 😛